(57)【要約】【課題】レーザ光線（１８）を利用して半導体ウエーハ（２）を、その表面（８）の矩形領域（１２）に形成されている回路（１４）の汚染を充分に回避乃至抑制して、そしてまたその表面の矩形領域等に欠けを生成せしめることなく、ストリート（１０）に沿って充分精密に分割することができる方法を提供する。【解決手段】半導体基板（４）の裏面（２０）と表面（８）との一方側からレーザ光線を照射して、半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、半導体基板の少なくとも裏面と表面との他方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上には格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域が区画され、該矩形領域の各々には回路が形成されている半導体基板から構成されている半導体ウエーハを、該ストリートに沿って分割する方法において、
該半導体基板の裏面と表面との一方側からレーザ光線を照射して、該半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、少なくとも該半導体基板の裏面と表面との該他方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめること、及び
該半導体基板と該レーザ光線とを該ストリートに沿って相対的に移動せしめること、
該半導体基板に外力を加えて該ストリートに沿って破断せしめること、
を含むことを特徴とする分割方法。
【請求項２】
該半導体基板はシリコンから形成されており、該変質は実質上溶融及び再固化である、請求項１記載の分割方法。
【請求項３】
該レーザ光線の集光点を該半導体ウエーハの厚さ方向に変位せしめて変質せしめられる部分の厚さを増大せしめることを含む、請求項１又は２記載の分割方法。
【請求項４】
該半導体基板の厚さをＴとすると、該半導体基板の裏面と表面との該他方から深さ０．２０Ｔ乃至０．５０Ｔの深さまでの部分を変質せしめると共に、該半導体基板の裏面と表面との該一方から深さ０．２０Ｔ乃至０．５０Ｔまでの深さの部分を変質せしめる、請求項３記載の分割方法。
【請求項５】
該半導体基板の厚さ方向全体を変質せしめる、請求項３記載の分割方法。
【請求項６】
該半導体基板の裏面側から該レーザ光線を照射して該半導体基板の表面乃至その近傍に集光せしめる、請求項１から５までのいずれかに記載の分割方法。
【請求項７】
該半導体基板の表面には合成樹脂フィルムから形成された保護テープが貼着されている、請求項６記載の分割方法。
【請求項８】
該半導体基板の該裏面はＪＩＳ  Ｂ０６０１で規定されている表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の鏡面である、請求項６又は７記載の分割方法。
【請求項９】
該半導体基板の該表面上の、少なくとも該ストリート領域には金属膜と低誘電率絶縁膜とのいずれかである積層膜が配設されており、該レーザ光線により該積層膜も少なくとも部分的に変質せしめられる、請求項６から８までのいずれかに記載の分割方法。
【請求項１０】
該レーザ光線は８００乃至１５００ｎｍの波長を有するパルスレーザ光線である、請求項１から７までのいずれかに記載の分割方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、表面上には格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域が区画され、矩形領域の各々には回路が形成されている半導体基板から構成された半導体ウエーハを、レーザ光線を利用してストリートに沿って分割する方法に関する。
【０００２】
周知の如く、半導体デバイスの製造においては、シリコンから形成することができる半導体基板から構成された半導体ウエーハの表面を格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域に区画し、矩形領域の各々に回路を形成する。しかる後に、ストリートに沿って半導体ウエーハを分割し、かくして複数個の半導体デバイスを形成している。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、近時においてはレーザ光線を利用する種々の方法が提案されている。
【０００３】
下記特許文献１には、半導体基板の如きウエーハの表面側からレーザ光線を照射してウエーハの表面乃至その近傍で集光せしめ、そしてウエーハとレーザ光線とを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、かくして分割ラインに沿って材料を溶融、除去して分割ラインに沿って溝を半導体基板の表面に形成し、次いでウエーハに外力を加えて溝に沿って破断する分割方法が開示されている。
【０００４】
下記特許文献２及び３には、半導体基板の如きウエーハの表面側又は裏面側からレーザ光線を照射してウエーハの厚さ方向中間部で集光せしめ、そしてウエーハとレーザ光線とを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、かくしてウエーハの厚さ方向中間部に分割ラインに沿って延びる変質部、即ちクラック部或いは溶融及び再固化部を形成し、次いでウエーハに外力を加えて変質部に沿って破断する分割方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，８２６，７７２号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，２１１，４８８号明細書
【特許文献３】
特開２００１−２７７１６３公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
而して、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するのに、上記特許文献１に開示されている方法を適用する場合には、ストリートの表面において溶融、除去される材料（所謂デブリ）が矩形領域に飛散してそこに形成されている回路を汚染してしまう虞がある。特に、ストリート上に回路特性をテストするための金属膜（所謂ｔｅｇ膜）或いは低誘電率絶縁膜（所謂ｌｏｗ−ｋ膜）が形成されている場合に、溶融、除去される材料によって回路が汚染される虞が大きい。
【０００７】
一方、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するのに、上記特許文献２及び３に開示されている方法を適用する場合には、半導体ウエーハの厚さ方向に見て表面近傍及び／又は裏面近傍において破断がストリートに沿って充分精密に進行せず、これに起因して分割された矩形領域に欠けが生成されてしまう傾向がある。特に半導体基板がシリコン単結晶から形成されており、その表面が＜１００＞の結晶方位面である場合、切断面である（０１０）及び（００１）の結晶方位に対して５６度の角度を有する方向に、高い壁開性を有する＜１１１＞の結晶方位面が存在することになり、切断面から５６度の方向に破断が進行して欠けが発生する傾向が大きい。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザ光線を利用して半導体ウエーハを、その表面の矩形領域に形成されている回路の汚染を充分に回避乃至抑制して、そしてまたその表面の矩形領域等に欠けを生成せしめることなく、ストリートに沿って充分精密に分割することができる、新規且つ改良された方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討及び実験の結果、驚くべきことに、半導体基板の裏面と表面との一方側からレーザ光線を照射して、半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、少なくとも半導体基板の裏面と表面との該一方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめることによって、上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。
【００１０】
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する方法として、表面上には格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域が区画され、該矩形領域の各々には回路が形成されている半導体基板から構成されている半導体ウエーハを、該ストリートに沿って分割する方法において、
該半導体基板の裏面と表面との一方側からレーザ光線を照射して、該半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、少なくとも該半導体基板の裏面と表面との該他方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめること、及び
該半導体基板と該レーザ光線とを該ストリートに沿って相対的に移動せしめること、
該半導体基板に外力を加えて該ストリートに沿って破断せしめること、
を含むことを特徴とする分割方法が提供される。
【００１１】
該半導体基板はシリコンから形成されている場合、該変質は実質上溶融及び再固化である。該レーザ光線の集光点を該半導体ウエーハの厚さ方向に変位せしめて変質せしめられる部分の厚さを増大せしめることを含むのが好都合である。  該半導体基板の厚さをＴとすると、該半導体基板の裏面と表面との該他方から深さ０．２０Ｔ乃至０．５０Ｔの深さまでの部分を変質せしめると共に、該半導体基板の裏面と表面との該一方から深さ０．２０Ｔ乃至０．５０Ｔまでの深さの部分を変質せしめるのが好ましい。該半導体基板の厚さ方向全体を変質せしめることもできる。該半導体基板の裏面側から該レーザ光線を照射して該半導体基板の表面乃至その近傍に集光せしめる場合、該半導体基板の表面には合成樹脂フィルムから形成された保護テープが貼着されているのが好ましく、そしてまた該半導体基板の該裏面はＪＩＳ  Ｂ０６０１で規定されている表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の鏡面であるのが好ましい。該半導体基板の該表面上の、少なくとも該ストリート領域には金属膜と低誘電率絶縁膜とのいずれかである積層膜が配設されている場合、該レーザ光線により該積層膜も少なくとも部分的に変質せしめられてもよい。該レーザ光線は８００乃至１５００ｎｍの波長を有するパルスレーザ光線であるのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適実施形態について更に詳述する。
【００１３】
図１は、本発明の方法によって分割される半導体ウエーハの典型例を図示している。全体を番号２で示す半導体ウエーハはシリコンから形成されている略円板形状の半導体基板４から構成されている。半導体基板４には一般にオリエンテーションフラットと称されている直線縁６が形成されている。半導体基板４の表面８上には格子状に配列された複数個のストリート１０によって複数個の矩形領域１２が区画されている。ストリート１０の各々は直線縁６に対して平行に或いは垂直に延びている。図１と共に図２を参照して説明を続けると、矩形領域１２の各々には回路１４が配設されている（図１においては回路１４を簡略に図示している）。ストリート１０上には、回路１４の特性テストに使用される方形乃至長方形状でよい金属膜１６が適宜の間隔をおいて配設されている。金属膜１６は一般にｔｅｇ（ｔｅｓｔ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｇｒｏｕｐ）膜と称されている。図示していないが、半導体基板４の表面８上には回路の処理能力の向上等のために、ｌｏｗ−ｋ膜と称されている低誘電率絶縁膜が配設されることも少なくない。
【００１４】
本発明の方法はレーザ光線を利用して上述したとおりの半導体ウエーハ２をストリート１０に沿って分割することに関する。図３は半導体基板４にレーザ光線１８を照射する様式を模式的に示している。図示の実施形態においては、半導体基板４は表裏を反転せしめて配置、即ち回路１４が形成されている表面８を下方に向け裏面２０を上方に向けて配置されている。半導体基板４の回路１４が形成されている表面４上には、図３に二点鎖線で示す如く、ポリエチレンフィルムの如き適宜の合成樹脂フィルムから形成された保護テープ２１が貼着されているのが好都合である。レーザ光線１８は半導体基板４の裏面２０側から、即ち図３において上方から照射される。半導体基板４の裏面２０においてレーザ光線１８が乱反射されるのを可及的に回避するために、半導体基板４の裏面２０はＪＩＳ  Ｂ０６０１で規定されている表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の鏡面に研磨されているのが好適である。レーザ光線１８は半導体基板４を透過し得るものであることが重要であり、特に半導体基板４がシリコンから形成されている場合、８００乃至１５００ｎｍの波長を有するパルスレーザ光線、特に波長が１０６４ｎｍであるＹＶＯ４パルスレーザ光線或いは同様に波長が１０６４ｎｍであるＹＡＧパルスレーザ光線であるのが好適である。
【００１５】
図３と共に図４を参照して説明を続けると、適宜の光学系（図示していない）を介して半導体基板４の裏面２０から照射するレーザ光線１８を、半導体基板４の表面８乃至その近傍、例えば半導体基板４の表面８上或いは表面８から厚さ方向内側（即ち図３において上方）に測定して＋１０μｍ乃至−１０μｍの範囲、に集光せしめると、半導体基板４はその表面８から所定深さＤ１の深さまでの部分において変質せしめられる。半導体基板４がシリコンから形成されている場合には、変質は実質上溶融である。パルスレーザ光線１８の集光点２２におけるピークパワー密度は半導体基板４の材料にもよるが、一般に、１×１０９Ｗ／ｃｍ２以上であるのが好適である。半導体基板４とレーザ光線１８とをストリート１０に沿って相対的に移動せしめると、相対的移動に応じて半導体基板４の表面８から深さＤ１までの部分が漸次変質せしめられる。半導体基板４がシリコンから形成されている場合には、漸次溶融され再固化される。ストリート１０上に配設されている金属膜１６（或いは低誘電率絶縁膜）が存在する場合、必ずしも必要ではないが、かかる金属膜１６（或いは低誘電率絶縁膜）も少なくともその厚さ方向における一部において変質されるようにレーザ光線１８の照射を調節するのが好適である。特定のストリート１０の全長に渡って半導体基板４とレーザ光線１８とを相対的に移動せしめると、かかる特定のストリート１０に沿って変質部２４が実質上連続して延在せしめられ或いは若干の間隔をおいて多数個存在せしめられることになる。
【００１６】
本発明者等の経験によれば、半導体基板４の表面８側からレーザ光線１８を照射して半導体基板４の表面８乃至その近傍で集光せしめた場合には、半導体基板４の表面８において材料が溶融、除去され、従って所謂デブリが生成されて半導体基板４の表面８における矩形領域１２に形成されている回路１４が汚染される傾向があるが、半導体基板４の裏面２０側からレーザ光線１８を照射して半導体基板４の表面８乃至その近傍で集光させる場合には、材料の除去が著しく抑制されてデブリの発生はあるとしても僅かであり、材料は溶融されこれに続いて再固化されることが判明している。かかる現象の理由は必ずしも明らかではないが、本発明者等は、半導体基板４の表面８側からレーザ光線１８を照射して半導体基板４の表面８乃至その近傍で集光せしめた場合には、レーザ光線１８のパワーは半導体基板４の表面８から外方に分布するのに対して、半導体基板４の裏面２０側からレーザ光線１８を照射して半導体基板４の表面８或いはその近傍で集光される場合には、レーザ光線１８のパワー分布は半導体基板４の表面８から内方に分布し、変質部２４が表面８から内方に進行することに起因すると推定している。半導体基板４の表面８上に保護テープ２１が貼着されている場合には、デブリが発生したとしても、保護テープ２１によってデブリの飛散が集光点近傍に物理的に抑制される。
【００１７】
上述したとおりにして特定のストリート１０の全長に渡って半導体基板４の表面８から深さＤ１までの部分において連続して延在する或いは若干の間隔をおいて多数個存在する変質部２４を生成すると、変質部２４においては強度が局部的に低減せしめられる故に、特定のストリート１０に沿って弱化部が実質上連続して延在する或いは若干の間隔をおいて多数個存在することになる。従って、半導体基板４に外力を加えて例えば図３に矢印２６で示す方向の引張応力を生成せしめると、特定のストリート１０に沿って半導体基板４を破断せしめることができる。しかしながら、ストリート１０に沿って充分精密に且つ充分容易に半導体基板４を破断せしめるためには、変質部２４の厚さ、即ち半導体基板４の厚さ方向における変質部２４の寸法、を比較的大きくせしめることが重要である。変質部２４の厚さを増大せしめるためには、レーザ光線１８の集光点２２を変位せしめて複数回に渡ってレーザ光線１８を照射することができる。図５は、最初はレーザ光線１８の集光点２２を半導体基板４の表面８乃至その近傍に位置せしめて半導体基板４に対してレーザ光線１８を相対的に右方に移動せしめ、かくしてストリート１０に沿って深さＤ１の変質部２４−１を生成し、次いでレーザ光線８の集光点２２を上方に所定距離（Ｄ１）変位せしめて半導体基板４に対して相対的にレーザ光線１８を左方に移動せしめ、かくして上記変質部２４−１に積層せしめて深さＤ２の変質部２４−２を生成し、そして更にレーザ光線１８の集光点２２を上方に所定距離（Ｄ２）変位せしめて半導体基板４に対して相対的にレーザ光線１８を右方に移動せしめ、かくして上記変質部２４−２に積層せしめて深さＤ３の変質部２４−３を生成する様式を図示している。
【００１８】
本発明者等の実験によれば、図５を参照して説明したとおりの様式を繰り返し遂行して、図６に図示する如く半導体基板４の厚さ全体に渡って変質部２４を生成すると、ストリート１０に沿って充分精密に且つ充分容易に半導体基板４を破断せしめることができることが確認されている。しかしながら、半導体基板４の厚さ全体に渡って変質部２４を生成するためには、レーザ光線１８の集光点２２の変位と半導体基板４に対するレーザ光線１８の相対的移動とを多数回繰り返し遂行することが必要であり、比較的長時間を要することになる。然るに、本発明者等の実験によれば、図７に図示する如く、半導体基板４の表面８から深さＤ−Ａまでの部分で変質部２４−Ａを生成すると共に、半導体基板４の裏面２０から深さＤ−Ｂまでの部分で変質部２４−Ｂを生成すると、半導体基板４の厚さ全体に渡って変質部２４を生成することなく、ストリート１０に沿って充分精密に且つ充分容易に半導体基板４を破断せしめることができることも確認されている。半導体基板４の厚さをＴとすると、上記変質部２４−Ａの深さは０．２０Ｔ乃至０．５０Ｔであり、同様に上記変質部２４−Ｂの深さも０．２０Ｔ乃至０．５０Ｔであるのが好ましい。一方、上記特許文献２及び３の開示に従って半導体基板の厚さ方向中間部のみにおいて変質部を生成する、換言すれば変質部を半導体基板の表面及び裏面に露呈せしめない場合には、上述したとおり半導体基板の表面及び／又は裏面近傍において破断がストリートに沿って充分精密に進行せず、これに起因して、表面／及び又は裏面に欠けが発生する傾向がる。
【００１９】
上述した実施形態においては、半導体基板４の裏面２０側からレーザ光線１８を照射せしめて半導体基板４の表面８乃至その近傍で集光せしめているが、殊にストリート１０上にレーザ光線１８を反射する金属膜１６が形成されていない場合には、半導体基板４の表面８側からレーザ光線１８を照射して半導体基板４の裏面乃至その近傍に集光せしめることもできる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。
実施例１
図１及び図２に図示するとおりの形態の半導体ウエーハを準備した。半導体基板の直径（直線縁を除く）は８ｉｎｃｈ（２０．３４ｍｍ）で、厚さは５００μｍであった。裏面の表面粗さＲａは０．０５μｍであった。図５に図示する様式に従って、半導体基板の裏面側からレーザ光線を照射し、レーザ光線の集光点を最初は表面に位置せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、次いで光線の集光点を上方に５０μｍ毎上昇せしめて、全体で１０回半導体基板をストリートに沿って移動せしめた。かくして、順次に積層された１０層の溶融、再固化部を生成した。使用したレーザ光線は次のとおりであった。
レーザ：ＹＶＯ４パルスレーザ
波長：１０６４ｎｍ
集光点のスポット径：１μｍ
パルス幅：２５ｎｓ
集光点のピークパワー密度：１．５×１０１０Ｗ／ｃｍ２
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
半導体基板の送り速度：１００ｍｍ／ｓ
次いで、半導体基板の表面におけるストリートの両側を７ｍｍの間隔をおいて配置された一対の受台で支持して、半導体基板の裏面からストリートの中央部に向けて、先端が半径０．０３ｍｍの半円形状である細長い破断部材を１ｍｍ／ｓの速度で下降せしめ、かくして半導体基板をストリートに沿って破断した。破断された半導体基板を観察したところ、ストリートに沿って充分精密に破断され、欠けの発生は認められなかった。また、レーザ光線の照射による溶融、再固化は、図６に図示するとおりであり、半導体基板の実質上厚さ全体に渡っていた。金属膜の変質も認められた。
【００２１】
実施例２
準備した半導体ウエーハにおける半導体基板の厚さが６２５μｍであり、そのストリート上には金属膜が配設されていなかったこと、レーザ光線の照射に際して最初にレーザ光線の集光点を半導体基板の表面に位置せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、次いでレーザ光線の集光点を５０μｍ毎上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って２回移動せしめ、かくして半導体基板の表面側に積層された３層の溶融、再固化部を生成し、次いでレーザ光線の集光点を３２５μｍ上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、そして更にレーザ光線の集光点を５０μｍ毎上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って２回移動せしめ、かくして半導体基板の裏面側に積層された３層の溶融、再固化部を生成した、ことを除いて実施例１と同様にして半導体基板をストリートに沿って破断した。破断された半導体基板を観察したところ、ストリートに沿って充分精密に破断され、欠けの発生は認められなかった。また、レーザ光線の照射による溶融、再固化は、図７に図示するとおりであり、表面に露呈している表面側の溶融、再固化部の厚さは約１５０μｍ（全厚さの約２４％）であり、裏面に露呈している裏面側の溶融、再固化部の厚さも約１５０μｍ（全厚さの約２４％）であった。
【００２２】
比較例
レーザ光線の照射に際して、最初にレーザ光線の集光点を半導体ウエーハの表面から上方に１００μｍの位置に位置せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、次いでレーザ光線の集光点を５０μｍ毎上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って５回移動せしめ、かくして積層された６層の溶融、再固化層を生成したこと、を除いて実施例２と同様にして半導体基板をストリートに沿って破断した。破断された半導体基板を観察したところ、半導体基板の表面及び裏面において破断がストリートからそれて進行した部位が複数個存在した。溶融、再固化部は半導体基板の表面及び裏面に達することなく厚さ方向中間部のみであり、その厚さは略３００μｍであった。
【００２３】
【発明の効果】
レーザ光線を利用して半導体ウエーハを分割する本発明の方法によれば、その表面の矩形領域に形成されている回路の汚染を充分に回避乃至抑制して、そしてまたその表面の矩形領域等に欠けを生成せしめることなく、ストリートに沿って充分精密に分割することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって分割される半導体ウエーハの典型例を示す斜面図。
【図２】図１の半導体ウエーハの表面を示す拡大部分図。
【図３】本発明の方法の好適実施形態において半導体基板びレーザ光線を照射する様式を示す簡略断面図。
【図４】図１に示す様式をストリートに沿った断面で示す簡略断面図。
【図５】変質部（溶融、再固化部）を半導体基板の厚さ方向に積層して生成する様式を示す、図４と同様の簡略断面図。
【図６】変質部（溶融、再固化部）を半導体基板の厚さ全体に渡って生成した状態を示す簡略断面図。
【図７】変質部（溶融、再固化部）を半導体基板の表面側と裏面側とに生成した状態を示す簡略断面図。
【符号の説明】
２：半導体ウエーハ
４：半導体基板
８：半導体基板の表面
１０：ストリート
１２：矩形領域
１４：回路
１６：金属膜
１８：レーザ光線
２０：半導体基板の裏面
２１：保護テープ
２２：集光点
２４：変質部（溶融、再固化部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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